Nalaganje ...
Projekti / Programi vir: ARIS

Termo- in foto-aktivne prevleke za okna

Raziskovalna dejavnost

Koda Veda Področje Podpodročje
2.03.03  Tehnika  Energetika  Obnovljivi viri in tehnologije 

Koda Veda Področje
T155  Tehnološke vede  Prevleke in površinska obdelava 

Koda Veda Področje
2.03  Tehniške in tehnološke vede  Mehanika 
Ključne besede
sol-gel tehnologija, termokromne in fotokatalitske prevleke, energetsko učinkovito okno, "zeleno" okno, strukturne, optične in funkcionalne lastnosti
Vrednotenje (pravilnik)
vir: COBISS
Raziskovalci (23)
št. Evidenčna št. Ime in priimek Razisk. področje Vloga Obdobje Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  03439  dr. Peter Bukovec  Kemija  Upokojeni raziskovalec  2016 - 2019  544 
2.  16256  dr. Romana Cerc Korošec  Kemija  Raziskovalec  2016 - 2019  343 
3.  21628  dr. Nataša Čelan Korošin  Kemija  Raziskovalec  2016 - 2019  69 
4.  34949  dr. Mattia Fanetti  Materiali  Raziskovalec  2016 - 2019  145 
5.  31463  dr. Dorota Agnieszka Korte  Varstvo okolja  Raziskovalec  2016 - 2019  155 
6.  15804  dr. Irena Kozjek Škofic  Farmacija  Raziskovalec  2016  74 
7.  06699  dr. Roman Kunič  Gradbeništvo  Raziskovalec  2016 - 2019  382 
8.  11873  dr. Urška Lavrenčič Štangar  Kemija  Vodja  2016 - 2019  559 
9.  37626  Petra Makorič    Tehnični sodelavec  2016 - 2018  13 
10.  33865  dr. Lev Matoh  Kemija  Raziskovalec  2016 - 2019  50 
11.  33498  dr. Mohor Mihelčič  Materiali  Raziskovalec  2016 - 2019  143 
12.  13399  dr. Nataša Novak Tušar  Kemija  Raziskovalec  2016 - 2019  422 
13.  17274  Mojca Opresnik    Tehnični sodelavec  2016 - 2019  25 
14.  02565  dr. Boris Orel  Kemija  Upokojeni raziskovalec  2017 - 2019  981 
15.  50323  Olena Pliekhova  Kemija  Raziskovalec  2018 - 2019  27 
16.  29027  dr. Mojca Rangus  Fizika  Raziskovalec  2016  105 
17.  22701  dr. Lidija Slemenik Perše  Mehanika  Raziskovalec  2016  439 
18.  14121  dr. Angelja Kjara Surca  Kemija  Raziskovalec  2016 - 2019  401 
19.  31797  Barbara Šubic  Gradbeništvo  Raziskovalec  2016 - 2019  35 
20.  34546  dr. Andraž Šuligoj  Kemija  Raziskovalec  2017 - 2019  104 
21.  32016  dr. Aleš Ugovšek  Gradbeništvo  Raziskovalec  2016 - 2018  90 
22.  37518  dr. Nives Vodišek  Materiali  Mladi raziskovalec  2016 - 2017  14 
23.  26472  dr. Suzana Žižek  Varstvo okolja  Raziskovalec  2016 - 2017  86 
Organizacije (5)
št. Evidenčna št. Razisk. organizacija Kraj Matična številka Štev. publikacijŠtev. publikacij
1.  0103  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za kemijo in kemijsko tehnologijo  Ljubljana  1626990  23.064 
2.  0104  Kemijski inštitut  Ljubljana  5051592000  20.916 
3.  0792  Univerza v Ljubljani, Fakulteta za gradbeništvo in geodezijo  Ljubljana  1626981  25.704 
4.  1540  Univerza v Novi Gorici  Nova Gorica  5920884000  14.055 
5.  2887  M SORA, trgovina in proizvodnja, d.d.  Žiri  2235102  104 
Povzetek
Dandanes se veliko energije porabi za gretje in hlajenje zgradb. Njihovo najšibkejšo točko v smislu toplotnih izgub predstavljajo okna, zato ostaja velika potreba po nadaljnjih izboljšavah obstoječih oken s prevlekami, ki omogočajo pametno upravljanje s svetlobo in toploto (spremenljiva VIS transmitivnost, nizka emisivnost, IR modulacija, UV-rezi, zmanjšanje bleščanja in samočistilnost). V projektu se bomo osredotočili na sintezo novih materialov na osnovi oksidov prehodnih kovin v obliki funkcionalnih prevlek za izdelavo “zelenih” oken: okoljsko in energijsko učinkovitih. S tem namenom smo oblikovali več delovnih sklopov, s katerimi bomo dosegli naše cilje: (i) priprava termokromnih prevlek na steklu in plastiki, (ii) priprava fotokatalitskih prevlek na steklu in plastiki ter UV-zaščitnih prevlek na lesu, (iii) njihova uporaba pri konstrukciji in modeliranju okna, (iv) raziskava njihovih fizikalno-kemijskih lastnosti v povezavi s funkcionalnimi karakteristikami okna – toplotno in svetlobno udobje, odstranitev onesnažil in samočistilna ter protizarositvena površina. Priprava prevlek bo temeljila predvsem na nizkotemperaturnih sol-gel postopkih sinteze in uporabi pigmentnih disperzij. Za konstrukcijo “zelenega okna”, pri čemer bomo izhajali iz linije oken “Nature Optimo XLS” proizvajalca M SORA ter oknu dodali nove funkcionalne elemente, bomo uporabili tiste prevleke, ki bodo prej na laboratorijski ravni izkazovale visoko optično prepustnost (nizko motnost ~1%) in hkrati želene termokromne (TC) oz. fotokatalitske (PC) lastnosti. TC učinek bomo dosegli s prevlekami na osnovi VO2, ki omogoča modulacijo transmisivnosti in refleksivnosti v bližnjem IR in termičnem IR spektralnem območju v odvisnosti od temperature. Temperaturo faznega prehoda iz polprevodniškega (NIR in IR prepustno) v kovinsko stanje (NIR vpojno in odbojno) TC prevlek na oknih bomo prilagodili tako, da bomo v VO2 dodali ustrezne dopante (W, Mo, itd.), medtem ko bomo z dodatkom Mg povečali njihovo prepustnost za vidni del sevanja sonca in spremembo celotne sončne prepustnosti pri faznem prehodu. Priprava pigmentnih disperzij bo izvedena z mletjem VO2 pigmentov v prisotnosti različnih disperzantov po že uporabljenih postopkih. PC učinek bomo dosegli s prevlekami na osnovi TiO2, ki pod vplivom sončnega sevanja katalizira razgradnjo onesnažil in omogoča njihovo lažje izpiranje zaradi pojava fotoinducirane superhidrofilnosti na površini polprevodnika. Postopek priprave je osnovan na sintezi kislega vodnega sola s silikatnim vezivom ali disperzije, ki vsebuje fotokemijsko aktivne TiO2 nanodelce, v primeru vključevanja drugih polprevodnikov še ZrO2 ali SnO2 fazo. Tudi UV-zaščitni učinek za leseni okvir okna bo osnovan na pripravi pigmentnih disperzij iz UV absorberjev, kot so TiO2, CeO2 in ZnO. Formulacija raztopin oz. disperzij bo optimizirana za nanos na tri tipe podlag. Pri uporabi plastičnih podlag bomo morebitni razkroj podlage preprečili z dodatno vmesno zaporno plastjo ali s t.im. gradientnim nanosom tanke plasti. Strukturne, mehanske in funkcionalne lastnosti pripravljenih prevlek bomo določali z različnimi metodologijami, ki jih projektni partnerji obvladujemo. Razumevanje vloge zasteklitvenih komponent na prehod svetlobe skozi okno in ravnotežje toplote bo doseženo tudi z uporabo računalniškega modeliranja. Modelne izračune bomo primerjali z eksperimentalnimi rezultati določanja Uw vrednosti na testnem zidu (MSR-ECO-500 IFT Rosenheim), ki omogoča definirati toplotno prehodnost skozi okno in meriti lokalne temperature na oknu ob različnih klimatskih pogojih. Sodelovanje štirih slovenskih raziskovalnih organizacij (UNG, KI, FKKT, FGG) in tujih raziskovalnih skupin ter slovenskega proizvajalca oken M SORA d.d. je dobro zagotovilo za uspešno izvajanje projektnih nalog s ciljem izdelave energetsko učinkovitejšega “zelenega” okna.
Pomen za razvoj znanosti
Sol-gel tanke plasti še niso dosegle stopnje razvoja, ki bi dovoljevala njihovo široko uporabo in povečini se uporabljajo premazi na osnovi organskih polimerov. Praktična uporaba prevlek z vključenimi dobro definiranimi nanodelci tudi ni razširjena, ker jo ovira dejstvo, da je aglomeracijo in flokulacijo težko preprečiti brez uporabe učinkovitih dispergatorjev. Ta predlog projekta predstavlja korak naprej k uporabi sol-gel tehnologije na pomembnem področju energijsko učinkovitih elementov zgradbe. Prednost je tudi v uporabi vodnih sistemov za pripravo sol-gel prevlek z vključenimi nanodelci. Rezultate projekta bo možno sorazmerno enostavno prenesti tudi na druga področja uporabe, kjer so potrebne tanke, vzdržljive in optično prepustne prevleke (zasteklitve sončnih toplotnih zbiralnikov, fotonapetostni moduli itd.).
Pomen za razvoj Slovenije
Skupni promet v industriji oken v Sloveniji dosega impresivnih 350 mio evrov letno. Presenetljivo je, da je ta denarni tok pridobljen s prodajo relativno enostavnih, standardiziranih oken, izdelanih iz plastičnih ali lesenih okvirjev in stekel. Kljub temu pa standard oken v Sloveniji narašča in lahko rečemo, da je tudi v svetovnem merilu povsem v vrhu. 80% kupcev še vedno kupuje za naše razmere standardna okna; to so lesena okna z 68 mm debelim okenskim profilom ter troslojno zasteklitvijo (Ug ( 0,7 W/m2K). Slednje opisane karakteristike pa so v svetovnem merilu že karakteristike vrhunskih, nizkoenergetskih oken. Nivo kvalitete pa še vedno iz leta v leto raste in želje ter zahteve strank po inteligentnih rešitvah v ali na oknu so vse večje. Lahko rečemo, da je klasična okna zaradi konkurence podjetij iz V Evrope vse težje prodati. Slovenska podjetja, ki so v samem vrhu evropske industrije oken, loči od ostalih podjetij visoka kvaliteta, prilagodljivost izvedbe ter uporaba najnovejših materialov in tehnologij na oknu. Povsem se zavedamo dejstva, da bomo samo z razvojem in vlaganjem v iskanje vedno novih rešitev in izboljšav vseh komponent okna ohranili tržni delež in polno proizvodnjo tudi v bodoče. Učinkovito sodelovanje med različnimi laboratoriji in industrijami je potrebno za razvoj praktično uporabnih izdelkov z visoko znanstveno dodano vrednostjo, ki izhaja iz razvoja novih funkcionalnih materialov na osnovi nanoznanosti. To bo nedvomno doseženo v tem projektu; UNG, KI in FKKT se osredotočajo na temeljne raziskave, razvoj materialov, njihovo karakterizacijo in proizvodnjo funkcionalnih nanostrukturiranih prevlek, medtem ko bo znanje, kako uporabiti funkcionalne premaze kot aktivne plasti v konstrukciji okna, dobljeno s pomočjo modelnih izračunov, narejenih na FGG. Usklajevalno delovanje teh partnerjev bo zagotovilo ustrezno podlago znanja in materialov, potrebnih za podjetje M SORA za izgradnjo lažjega in energetsko učinkovitejšega okna, ki bo omogočalo inteligenten nadzor pretoka svetlobe v notranjosti zgradbe (in toplote v obratni smeri) in hkrati imelo t.im. samočistilno zmožnost. Predvidene so obsežnejše sinteze različnih nanostrukturiranih materialov, ki bodo izvedene z namenom omogočiti izdelavo prevlek v zadostnih količinah (fine kemijske sinteze) za proizvodnjo inteligentne zasteklitve, ki bo v končni fazi tega projekta uporabljena v M SORA oknu v realni velikosti. Uspešen razvoj samočistilnih premazov ter ostalih nanostrukturiranih prevlek pomeni velik korak naprej v uporabi inteligentnih transparentnih površin na stavbnem ovoju, ki uporabniku omogočajo boljšo in lažjo uporabo. Potencial lastnosti, ki jih ti premazi prinesejo s sabo, je tako velik, da bi moral pritegniti pozornost večjih proizvajalcev stekel v Sloveniji ter Evropi. Epilog projekta bodo tako kratke predstavitve izdelkov vsaj petim proizvajalcem stekel po EU in pridobitev njihovega odziva na produkte, kar bi potem lahko vodilo do sklepanja novih industrijskih projektov in sodelovanj.
Najpomembnejši znanstveni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Najpomembnejši družbeno–ekonomsko in kulturno relevantni rezultati Vmesno poročilo, zaključno poročilo
Zgodovina ogledov
Priljubljeno